Black Box Modul 7 zum Thema Struktur der Materie Ein prozessorientierter Zugang zum Thema Struktur der Materie Horst Petrich, Zentrale Projektgruppe Physik, 2009

Kompetenz 2 – Physik als theoriegeleitete Erfahrungswissenschaft Bildungsstandards BW Kompetenz 2 – Physik als theoriegeleitete Erfahrungswissenschaft  SchülerInnen können die naturwissenschaftliche Arbeitsweise Hypothese, Vorhersage, Überprüfung im Experiment, Bewertung, ..anwenden Kompetenz 11 – Struktur der Materie  SchülerInnen können Teilchenmodelle an geeigneten Stellen anwenden und kennen eine zeitgemäße Atomvorstellung Atomhülle, Atomkern Horst Petrich, Zentrale Projektgruppe Physik, 2009

Welche Probleme haben Schüler/Schülerinnen mit Modellen der Mikrowelt? 1. Ein Modell wird häufig als getreues Abbild eines „Originals“ gesehen.  Vermischung von Modell- und Realitätsebene 2. Den Objekten der Mikrowelt werden aus der Alltagserfahrung bekannte Eigenschaften wie Farbe, Temperatur, Elastizität etc. zugeschrieben.  Erfahrungswelt und Modellwelt werden vermischt 3. Der hypothetische Charakter von Modellen wird nicht gesehen. 4. Atomvorstellungen sind häufig mechanistisch geprägt („Miniplanetenmodell“). Horst Petrich, Zentrale Projektgruppe Physik, 2009

H. Fischler, Die Teilchenstruktur der Physik, PdN 6/57 2008 „Ein einigermaßen korrekter Umgang mit Modellen kann nur gelehrt werden, wenn gleichzeitig ein angemessenes Modellverständnis entwickelt wird.“ „Nicht nur die Modelle selbst und ihre Verwendung zur Erklärung von Phänomenen, sondern auch die Prozesse des Modellierens sollten zum Gegenstand des Unterrichts gemacht werden.“ Horst Petrich, Zentrale Projektgruppe Physik, 2009

Das Unterrichtskonzept „Black Box“ Analogie wissenschaftliche Forschung Materie Modell über den Aufbau z.B. Streuversuch v. Rutherford Forscher/in Unterricht Black Box Modell über die innere Struktur versch. Sonden Schüler/in Horst Petrich, Zentrale Projektgruppe Physik, 2009

„Weiße Kruste auf rotem Planeten“ Möglicher Einstiegsimpuls „Weiße Kruste auf rotem Planeten“ Artikel in der Badische Zeitung vom 9.6.09 Den vollständigen Artikel incl. Teamauftrag findet man in Praxis der Naturwissenschaften Heft 8/52, 2009 oder bei Conatex Didactic Versuchsanleitungen zur Black Box Horst Petrich, Zentrale Projektgruppe Physik, 2009

1. Untersuchungsmethode: Draht  Hypothese 1 skizzieren Teamauftrag: Die Black Box ist im Inneren nicht leer. Versuchen Sie durch verschiedene kleine Experimente Aussagen über die innere Struktur und, falls möglich, über die Materialien im Inneren zu machen. 1. Untersuchungsmethode: Draht  Hypothese 1 skizzieren 2. Untersuchungsmethode: Glasmurmel  Hypothese 2 skizzieren 3. ....... Stahlkugel  Hypothese 3...... 4. ...........  Hypothese 4...... 5.......... Horst Petrich, Zentrale Projektgruppe Physik, 2009

Rollenspiel: Wissenschaftskongress  Darstellung der „Forschungsergebnisse“ einer Gruppe.  Welche Fragen bleiben?  Welche weiteren Untersuchungsmöglichkeiten gäbe es noch? Arbeit mit der Black Box - ca. 1 Doppelstunde Horst Petrich, Zentrale Projektgruppe Physik, 2009

Die naturwissenschaftliche Arbeitsweise Hausaufgabe: Für die Schülerseite einer Zeitung sollst du einen Bericht über die Arbeitsweise in den Naturwissenschaften schreiben. Verwende dazu die nebenstehende Abbildung und deine Erfahrungen mit der Black Box. (Kompetenz Kommunikation) Horst Petrich, Zentrale Projektgruppe Physik, 2009

Ziele der Arbeit mit der Black Box sind u.a.:  Modellvorstellungen über den Aufbau der Materie entstehen durch das Wechselspiel von Theorie und Experiment.  Dieses Zusammenspiel von Experiment und Bildung von naturwissen- schaftlichen Vorstellungen, von Modellen, soll handlungsorientiert erfahrbar werden.  Es soll deutlich werden, dass eine Theorie durch ein Experiment nicht bewiesen, sondern nur verifiziert oder falsifiziert werden kann. Horst Petrich, Zentrale Projektgruppe Physik, 2009

in meinem Unterricht bisher Einsatz der Black Box in meinem Unterricht bisher  Einstieg in die UE „Struktur der Materie“ mit dem Ziel erst ein Modellverständnis fördern, dann über Atommodelle sprechen. an jeder anderen Stelle des Unterrichts wo es um Modellbildung geht möglich, auch im Chemieunterricht. Horst Petrich, Zentrale Projektgruppe Physik, 2009

Beispiele für einfache Back Boxes aus der Mechanik: aus der Optik: Horst Petrich, Zentrale Projektgruppe Physik, 2009

Begleitendes „Lerntagebuch“  mögliches Diagnoseinstrument 1. Was habe ich in dieser Woche im Physikunterricht Neues gelernt? Was war überraschend? Was habe ich so erwartet? (eigene Formulierungen mit Begründung, keine Merksätze) 2. Das ist mir noch unklar geblieben: 3. Das hat mir besonders gefallen / nicht gefallen: 4. sonstige Bemerkungen Hinweise: Maximal eine Seite schreiben! Das Lerntagebuch wird ein Mal in der Woche von der halben Klasse im Wechsel eingesammelt und kommentiert. Keine Wiederholung von Merksätzen, sondern Formulierung von eigenen Gedanken zum Unterrichtsinhalt Horst Petrich, Zentrale Projektgruppe Physik, 2009

Zitate aus zwei Lerntagebüchern: „Ich habe gelernt, dass Physiker nie sicher sein können, wie ein Atom wirklich aussieht, sondern nur durch verschiedene Versuche ein immer gefestigteres Bild entsteht.“ „ Für mich war faszinierend zu welch unterschiedlichen Ergebnissen die einzelnen Gruppen kamen! Also was man alles in etwas Unbekanntes hineininterpretieren kann. Außerdem finde ich es interessant, anhand eines Modells zu lernen wie Wissenschaftler vorgehen, um etwas Unbekanntes zu erforschen.“ Horst Petrich, Zentrale Projektgruppe Physik, 2009

Praxis der Naturwissenschaften – Dezember 09 Ausführliche Beschreibungen des Vorgehens im Unterricht mit Einstiegstext, Teamauftrag,... Praxis der Naturwissenschaften – Dezember 09 Fa. Conatex – Anleitungen zu Experimenten http://www.conatex.com/mediapool/betriebsanleitungen/BAD_1091130.pdf Die Black Box für Lehrerfortbildungen..... Horst Petrich, Zentrale Projektgruppe Physik, 2009

Hilfreiche Literatur [1] Mikelskis-Seifert, S.: Denken in und mit Modellen – die oft vernachlässigte Arbeitsweise der Physik, Pikobrief Nr. 5, Ferbruar 2005 [2] Müller R., Wodzinski R., Hopf M.: Schülervorstellungen im Physikunterricht, Aulis Verlag 2004 [3] H. Fischler: Die Teilchenstruktur im Physikunterricht, Praxis der Naturwissenshaften 6/57, 2008 [4] Mikelskis-Seifert, S., Leisner A.: Lernen über Modelle, Fachzeitschrift Friedrich Verlag oder alternativ NiU 2003 Nr. 71, S.32-34 [5] Günther, J. Black Boxes, Analogien zu Problemstellungen im Unterricht, Naturwissenschaften im Unterricht Physik, Nr. 103, 1/2008 [6] Die Modellboxen sind bei Conatex Didactic einzeln oder als Set zu beziehen http://www.conatex.com [7] Petrich, H.: Black Box - Ein prozessorientierter Einstieg in die UE „Struktur der Materie“, Praxis der Naturwissenschaften Physik 8/58, 2009 Horst Petrich, Zentrale Projektgruppe Physik, 2009